Результат интеллектуальной деятельности: Мобильный измерительный пункт комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а именно к средствам приёма и обработки информации от ракет-носителей и разгонных блоков.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбран наземный мобильный измерительный комплекс, предложенный в патенте на изобретение RU2188508, опубликованном в 2002 г. Известный мобильный измерительный комплекс содержит взаимосвязанные между собой посредством вычислительной сети средства управления и обработки информации, включая телеметрическую информацию, средства спутниковой связи, антенную систему. В свою очередь, предлагаемое изобретение представляет собой дальнейшее совершенствование средств мобильных измерительных комплексов космического назначения и позволит предложить мобильный измерительный комплекс, характеризующийся рациональным сочетанием оборудования и оптимальным взаимодействием с оборудованием наземного измерительного комплекса.

Таким образом, предложен мобильный измерительный пункт для изделий ракетно-космической техники, содержащий взаимосвязанные между собой посредством вычислительной сети средства управления и обработки информации, включая телеметрическую, средства спутниковой связи, антенную систему. В отличие от аналога мобильный измерительный пункт включает центральный пост управления, комплекс обработки информации, периферийную земную станцию спутниковой связи, антенную систему, зарезервированные средства локальной вычислительной сети.

Центральный пост управления включает совокупность переносных персональных компьютеров, подключённых к коммутатору локальной вычислительной сети и связанных с антенной системой, для резервирования автоматизированного рабочего места автоматической системы наведения антенны, базовую хронометрическую станцию и терминал спутниковой связи.

Комплекс обработки информации включает совокупность переносных персональных компьютеров, подключённых к коммутатору локальной вычислительной сети с установленным на них программным обеспечением обработки телеметрической информации разгонных блоков и ракет-носителей.

Радиотелеметрический комплекс включает переносные персональные компьютеры, блоки приемников и демодуляторов, подключённые к коммутатору локальной вычислительной сети, и распределитель сигнала, связанный с антенной системой и блоками приемников. При этом переносные компьютеры также подключены к сетевому оборудованию мобильного измерительного пункта в целом.

Антенная система, связанная с переносными персональными компьютерами центрального поста управления (для резервирования автоматизированного рабочего места автоматической системы наведения антенны) и распределителем сигнала радиотелеметрического комплекса, переносной персональный компьютер автоматизированной системы наведения входит в состав антенной системы и подключен к сетевому оборудованию мобильного измерительного пункта.

Переносные персональные компьютеры центрального поста могут взаимодействовать через периферийную земную станцию спутниковой связи с центром анализа информации от ракет-носителей и разгонных блоков для получения баллистической и технологической информации. Переносные персональные компьютеры комплекса обработки информации также могут взаимодействовать через периферийную земную станцию спутниковой связи с центром анализа информации для выдачи сокращенных или сжатых потоков телеметрической информации в центре анализа информации. Переносные персональные компьютеры малогабаритного радиотелеметрического комплекса также могут взаимодействовать через периферийную земную станцию спутниковой связи с центром анализа информации для выдачи на него полных потоков телеметрической информации. При этом любой из вышеперечисленных переносных персональных компьютеров представляет собой оконечный пункт канала связи с указанным центром анализа информации. Периферийная земная станция спутниковой связи соединена с коммутаторами из состава сетевого оборудования мобильного измерительного пункта через блок средств защиты информации.

В целом средства мобильного измерительного пункта представляют собой часть топологии (конфигурации) комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков, соответствующей трассе полёта ракеты-носителя и/или разгонного блока. Мобильный измерительный пункт представляет собой часть надстройки транспортного средства, преимущественно наземного.

Предложенное изобретение поясняется схемами.

Рис. 1 – Структурная схема мобильного измерительного пункта.

Рис. 2 – Схема размещения средств мобильного измерительного пункта в транспортном средстве.

Рис. 3 – Схема расположения мобильных измерительных пунктов при запусках ракет-носителей с космодрома «Восточный» (а) и выводе космических аппаратов на геостационарную (б) и солнечно-синхронную орбиту.

Оборудование мобильного измерительного пункта представляет собой совокупность компьютерных средств обработки данных: серверов, персональных компьютеров, рабочих станций различного типа и т.п.; совокупность средств пользовательского и межсетевого интерфейса; программного обеспечения, необходимого для выполнения расчетов. Перечисленные компьютерные средства управления управляются компетентными специалистами, которые взаимодействуют с вычислительными и информационными ресурсами данных средств, с образованием системы «человек – машина». Оборудование мобильного измерительного пункта (рис. 1, рис. 2) состоит из центрального поста управления 1, комплекса обработки информации 2, радиотелеметрического комплекса 3, периферийной земной станции спутниковой связи 4, антенной системы, средств локальной вычислительной сети и средств пользовательского интерфейса, образующих подсистемы «человек – машина» внутри системы «человек – машина» мобильного измерительного пункта.

Выбор оборудования мобильного измерительного пункта и связей между отдельными аппаратными комплексами обеспечивает рациональное распределение выполняемых мобильным измерительным пунктом задач по приёму телеметрической информации от ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов и получения необходимой исходной информации от центра анализа информации от ракет-носителей и разгонных блоков и центров управления полётами.

Центральный пост управления 1 включает совокупность переносных персональных компьютеров – ноутбуков (УВМ 1 ЦПУ, УВМ 2 ЦПУ) 1_1,2, подключённых к резервированному коммутатору 6_1,2 локальной вычислительной сети и связанных с антенной системой (для резервирования АРМ АСНА) 5, и терминал спутниковой связи 7 Инмарсат (TT3720A), метеостанцию. Центральный пост управления 1 также оборудован ip телефоном, компьютеры 1_1,2 подключены к серверу видеорегистратора для мониторинга с камер видеонаблюдения. Центральный пост управления 1 обеспечивает централизованное управление, контроль, тестирование составных частей мобильного измерительного пункта и организацию взаимодействия с внешними абонентами с целью получения технологической и баллистической информации. В частности, при работе центрального поста управления 1 тестируется состояние оборудования мобильного измерительного пункта – компьютеров, сетевых средств и т.п., задаются настройки радиотелеметрического комплекса 3. Также обеспечивается управление компьютеров 1_1,2, 2_1,2,3, 3_1,2, 5₁ и контроль работы операторов, задаются метки времени в приёмники радиотелеметрического комплекса 3 с выводом декретного времени на цифровое табло. Обеспечивается контроль электромагнитной обстановки, контролируются технические средства периферийной земной станции спутниковой связи 4. Рассчитываются целеуказания для антенной системы по исходным данным, полученными от центра анализа информации, на участках орбитального полёта разгонного блока и космического аппарата.

Комплекс обработки информации 2 включает совокупность переносных персональных компьютеров – ноутбуков (УВМ 6 КОИ, УВМ 7 КОИ, УВМ 8 КОИ) 2_1,2,3, подключённых к коммутаторам 6_1,2 локальной вычислительной сети. Комплекс обработки информации 2 формирует сокращённые или сжатые полные потоки телеметрической информации для последующей передачи в центры обработки по спутниковым каналам связи. Каждый из компьютеров 2_1,2,3 комплекса обработки информации может регистрировать два полных потока телеметрической информации структур «Орбита-IVMO», «Пирит-РБ», РТС-9 (ВИМ), РТС-9Ц (КИМ-Ц), БИТС-2, БИТС-2Т, РТСЦМ -2, БРС-4 («Скут», «Сириус»), поступающих от радиотелеметрического комплекса 3, и обрабатывать телеметрическую информацию от ракеты-носителя «Союз-2» и «Ангара», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга».

Малогабаритный радиотелеметрический комплекс 3 включает совокупность переносных персональных компьютеров – ноутбуков (МРТК УВМ-4, МРТК УВМ-5) 3_1,2, подключённых к коммутаторам 6_1,2 из состава сетевого оборудования 5 блоков приемников и демодуляторов, распределитель сигнала 3₃, связанный с антенной системой 5, и коммутатора, соединяющего ПЭВМ и блоки приемников. Радиотелеметрический комплекс 3 обеспечивает одновременный приём и регистрацию четырёх разночастотных потоков высокочастотных сигналов телеметрической информации в двух ортогональных поляризациях радиоволн в диапазонах радиочастот Д1, Д2 и Д4 с автовыбором между поляризациями.

Антенная система 5, связанная с переносными персональными компьютерами 1_1,2 центрального поста управления 1 и распределителем 3₃ сигнала радиотелеметрического комплекса 3, подключена к коммутатору 6_1,2 локальной вычислительной сети через переносной персональный компьютер автоматизированной системы наведения 5₁. Антенная система 5 состоит из рефлектора, совмещенного облучателя и малошумящих усилителей диапазонов Д1, Д2 и Д4, подъемно-установочной системы, опорно-поворотного устройства, автоматизированной системы наведения антенны (АСНА), блока контроллера наведения, блока управления приводами, систем горизонтирования и ориентирования, светотехнической системы. Антенная система диаметром 3,8 метров при свертывании укладывается в стандартный 20-футовый контейнер, при этом демонтируется только облучатель, а остальные составные части складываются и закрепляются на сложенном зеркале. Антенная система 5 обеспечивает независимый прием высокочастотных сигналов двух взаимоортогональных поляризаций в диапазонах частот Д1, Д2 и Д4, их усиление малошумящими усилителями и передачу на вход радиотелеметрического комплекса 3.

Периферийная земная станция спутниковой связи 4 соединена с коммутаторами 6_1,2 локальной вычислительной сети и центральным постом управления 1 через блок средств защиты информации 8. Периферийная земная станция спутниковой связи 4 обеспечивает связь через ретрансляторы геостационарных космических аппаратов по дуплексным цифровым каналам и оборудована собственной автономной системой навигации с магнитным компасом и приёмоиндикатором спутниковой навигационной системы. Через периферийную земную станцию спутниковой связи 4 обеспечивается взаимодействие средств комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков. Антенный пост периферийной земной станции спутниковой связи 4 включает однозеркальную приёмо-передающую антенну с круговой поляризацией: правая – на прием, левая – на передачу.

Мобильный измерительный пункт представляет собой часть надстройки транспортного средства, например наземного транспортного средства – автомобиля (рис. 2). Аппаратура мобильного измерительного пункта и рабочие места операторов размещены в одном из отсеков аппаратного модуля, отделённого от агрегатных отсеков. Аппаратный модуль компонуется с жилым модулем. Мобильный измерительный пункт может быть смонтирован на шасси грузового автомобиля, например типа КАМАЗ 63501-1025 с колесной формулой 8×8. Автомобиль мобильного измерительного пункта может эксплуатироваться совместно с автомобилем материально-технического обеспечения, например типа УАЗ-39309.

Взаимосвязанный с мобильным измерительным пунктом центр анализа информации, представляющий собой систему «человек – машина», сформированную описанным выше образом, совместно со сведениями, передаваемыми с оперативно-технических пунктов управления командно-измерительных пунктов и измерительного комплекса космодрома и центром координации эксплуатации и развития, формирует оценку текущей ситуации, прогнозирует изменения в орбитальной группировке космических аппаратов, планирует запуски ракет-носителей и разгонных блоков. То есть используется для оценки оперативной обстановки по техническому состоянию и прогнозу ее развития. Исходя из полученных данных, формируется топология (конфигурацию) комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков. То есть средства мобильного измерительного пункта представляют собой часть указанной топологии (конфигурации) комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков, соответствующей трассе полёта ракеты-носителя и/или разгонного блока (рис. 3).

Практическое использование предложенного мобильного измерительного пункта может быть проиллюстрировано следующим образом.

Информационное обеспечение запусков космических аппаратов ракетами космического назначения заключается в получении, сборе и обработке данных о функционировании их бортовых систем, траектории, выполнении циклограммы полёта, параметров в момент отделения полезной нагрузки. Если полезной нагрузкой является космический аппарат с разгонным блоком, то требуется получение с него измерительной информации в ходе всего полёта до вывода космического аппарата на заданную орбиту. Для выполнения данных задач из средств наземного автоматизированного комплекса космических аппаратов и измерений формируются территориально-распределённые комплексы средств измерений, сбора и обработки данных от ракет космического назначения и наземные измерительные комплексы разгонных блоков. Топология (конфигурация) средств комплекса средств измерений, сбора и обработки данных информации от ракет космического назначения и наземных измерительных комплексов разгонных блоков определяется параметрами траектории их полёта и формируется на каждый запуск индивидуально.

На рис. 3(а) показан примерный диапазон азимутов запуска ракет космического назначения с космодрома «Восточный» и возможные районы размещения наземных измерительных пунктов, которые бы обеспечили информационное обеспечение запусков по всем направлениям. На рис. 3(б, в) показаны примеры трасс разгонных блоков при выводе космического аппарата на геостационарную [рис. 3(б)] и солнечно-синхронную [рис. 3(в)] орбиты с космодрома «Восточный» и возможные районы размещения наземных измерительных пунктов, которые бы обеспечили информационное обеспечение запусков. Необходимо создание от восьми до десяти стационарных измерительных пунктов наземного базирования и от трёх до четырёх измерительных пунктов морского базирования. Создание сети стационарных измерительных пунктов в приполярных районах сопряжено, в первую очередь, со строительными и организационными трудностями, высокой стоимостью, а также сложностью организации применения технических средств. Кроме того, из-за ожидаемой интенсивности запусков ракет-носителей с космодрома «Восточный» – 10-20 в год коэффициент использования наземных средств не превысит 1%.

Для сокращения потребного числа измерительных пунктов и повышения степени их использования предложено создать нескольких мобильных измерительных пунктов, базирующихся при космодроме. Из мобильных измерительных пунктов формируют архитектуру комплекса средств измерений, сбора и обработки данных от ракет космического назначения и наземных измерительных комплексов разгонных блоков под каждый конкретный запуск. При нахождении мобильных измерительных пунктов в районе космодрома или в районах применения они могут также выполнять сеансы приёма телеметрической информации с космических аппаратов. Также возможно использование стационарных наземных измерительных пунктов на наиболее часто используемых трассах запуска ракет-носителей и разгонных блоков и создание мобильных наземных средств и средств их переброски в районы пролёта ракет-носителей и разгонных блоков по редкоиспользуемым трассам.

При непосредственной подготовке к проведению информационного обеспечения запуска ракеты космического назначения центр анализа информации определяет места размещения измерительных пунктов по трассе полёта ракеты-носителя, разрабатывает способы и временной график доставки мобильных средств на промежуточные и основные рабочие позиции; разрабатывает программу работы каждого средства и подготовку индивидуальных для каждого измерительного пункта данных. При помощи автоматизированной системы оперативно-технических пунктов управления контролируют выдвижение, перемещение, прибытие мобильных измерительных пунктов на рабочие позиции, контролируют готовность к проведению сеансов связи, собирают данные топогеодезической привязки мобильных средств и метеоданные. Центр координации, эксплуатации и развития, получив сообщение о готовности мобильного измерительного пункта к работе, выполняет необходимые изменения в таблице состава и состояния средств и выдаёт необходимое сообщение об изменении в центр ситуационного анализа, координации и планирования. Центр ситуационного анализа, координации и планирования после получения сообщения оповещает об этом центры управления полётом и центр анализа информации и планирует привлечение средств мобильных измерительных пунктов к выполнению задач управления космическими аппаратами и информационного обеспечения запуска ракет-носителей.

В дальнейшем, центр анализа информации детально планирует сеансы связи измерительных пунктов с ракетой космического назначения, выдаёт заявки в центр ситуационного анализа, координации и планирования для включения сеансов связи в суточные планы, рассылает общие (планируемое время «контакта подъема», литеры частот, исходные технологические данные для приема и обработки телеметрической информации) и индивидуальные для каждого измерительного пункта директивы (целеуказания для наведения антенн, время начала и завершения работы), осуществляет коммутацию наземных и спутниковых каналов связи. Непосредственно, в сутки запуска центр анализа информации в установленное время с помощью средств автоматизированной системы оперативно-технологических пунктов управления осуществляет контроль состояния всего комплекса средств измерений, сбора и обработки данных и выдаёт сигнал готовности к информационному обеспечению запуска ракеты космического назначения. Таким образом, при использовании мобильного измерительного пункта центр анализа информации на основании плана запусков рассчитывает траектории полёта ракеты космического назначения, разрабатывает предварительную программу работы средств комплекса средств измерений, сбора и обработки данных от ракет космического назначения и наземных измерительных комплексов разгонных блоков при запуске ракеты космического назначения, готовят данные для обработки телеметрической информации от ракеты-носителя и разгонного блока.

Мобильный измерительный пункт получает данные для перебазирования, готовит средства к выдвижению на рабочие позиции из исходного состояния или с текущей рабочей позиции и перемещается согласно установленному маршруту и графику движения. По прибытии в район применения мобильный измерительный пункт осуществляет развертывание, включение и проверку систем, топогеодезическую привязку, устанавливает связь с центрами анализа информации и координации эксплуатации и развития и передаёт данные о месте размещения и состоянии оборудования. При подготовке к сеансу связи осуществляется подключение к циркулярной связи центра анализа информации по обеспечению запуска, от центра анализа информации получают точное время срабатывания контакта подъема, перерасчитывают целеуказания при несовпадении планового и реального времени контакта подъема, осуществляется наведение антенн, вхождение в связь с ракетой-носителем или разгонным блоком, приём и экспресс-обработка полученной информации и передача полученной информации или результатов обработки в центр анализа информации.

Мобильный измерительный пункт ежедневно в установленное время выходит на связь с оперативно-техническими пунктами управления центра координации, эксплуатации и развития и центра ситуационного анализа, координации и планирования для выдачи ежесуточных отчётов, получения исходных данных для проведения сеансов связи с космическим аппаратом; проводит сеансы связи с космическим аппаратом, производит обработку полученной информации, выдает результаты обработки в соответствующий центр управления полётом.